——记2023年度何梁何利基金科学与技术进步奖获得者、中国矿业大学教授胡振琪

　　◎  李秀 刘尧 闫莹

　　我国煤炭80%以上产自井工开采，因此引发的地表塌陷土地损毁和矸石堆积污染两大地质环境问题，严重影响国家生态安全、粮食安全和绿色矿山建设。要煤炭还是要粮食？如何才能“鱼与熊掌兼得”？

　　2023年度何梁何利基金科学与技术进步奖获得者、中国矿业大学教授胡振琪， 35年如一日从事煤矿土地复垦与生态修复研究与实践，犹如一位“大地医生”，以创新性的技术，使塌陷积水区变“产粮田”，矸石山污染源变“生态园”，成果推广应用于14省276座煤矿，对保护耕地红线、维护生态安全、建设绿色矿山作出了突出贡献。

　　胡振琪教授在指导学生

　　首创革新式技术

　　让塌陷地变产粮田

　　煤炭开采造成了大量土地塌陷损毁、良田荒芜，是煤矿区亟待解决的问题。

　　1991年，28岁的胡振琪从美国南伊利诺伊大学完成博士论文回到中国矿业大学，通过了博士答辩，成为中美联合培养的第一位土地复垦学博士。从公派留学开始，胡振琪将国家需要作为自己的科研方向。

　　基于国内外的土地复垦实践，胡振琪深入研究土壤剖面重构的理论与方法，创新性地提出“土层生态位”“土壤关键层”概念，以及土壤剖面优化方法，这是对复垦土壤剖面重构理论与方法的新突破；同时，他还创新性提出“分层剥离、交错回填”的土壤剖面重构工艺，实现了高质量的耕地恢复，改变了我国土地复垦后土壤质量差、复垦效率低等问题。

　　我国有10.8%的耕地与煤炭可采储量分布重合，如果将煤粮复合区的这些煤炭都挖出来，那么将有2亿亩耕地受到损毁甚至消失。这道世界级的难题摆在科技工作者案头。2005年，胡振琪在国内首次提出“矿粮复合区”的概念，利用充填复垦技术对采煤沉陷区进行修复，在开采煤炭的同时，又能保住耕地。胡振琪创造性地选择黄河泥沙作为填充材料，泥沙和土壤交替充填覆盖，既有利于保水保肥，又有利于微生物活动加速土壤熟化，耕地生产力水平提高15%以上，复垦后1-3年达到正常农田水平。据保守估计，该技术可以造福黄河沿岸70公里范围内的1200万亩采煤塌陷区。

　　我国采煤塌陷累积已超3000万亩，每年以105万亩的速度增长。塌陷后再治理，生态环境已遭到极大破坏，特别是高潜水位地区，恢复土地率低、复垦周期长。

　　“在塌之前就要治理，从源头和过程中控制。”胡振琪又创新性地在我国井工开采地区提出了边开采边复垦（简称“边采边复”）的概念。

　　“要实现边采边复，就要能够预知未来要塌陷多深，在哪个位置，提前把要沉入水里的土取出来，保护土壤。”胡振琪发明了“星-空-地-井”感知技术，精准获取地上下信息，建立了井上下多要素耦合的地表损伤诊断模型，精准预测耕地损伤发生的时空分布及减产程度，提出基于临界积水阈值加约束条件的复垦时机优选方法，攻克顾及未来下沉的水陆布局优化和动态施工技术。该技术在山东新巨龙、济宁三号井、安徽刘桥二矿等应用，与稳沉后治理相比，多恢复耕地15%～40%，实现了避水保土和煤粮兼得，被国际权威同行誉为“一种世界领先技术”。

　　攻克治本之策

　　让“火焰山”变“花果山”

　　我国煤炭开采过程中煤矸石的年排放量达7亿吨以上，其中酸性矸石堆积易氧化自燃，严重污染环境，治理难且易复燃，是矿山生态修复的重大难题。

　　胡振琪博士毕业归国后首先就把目光投向了煤矸石山。在只有1.7万元科研经费支持下，敢想敢做的他凭借一腔热情一股闯劲，持续攻坚几个月，在山西王庄矿创造了一套实用的煤矸石山绿化造林技术，创造性地将反坡环山带整地法应用于煤矸石山整地，提出了煤矸石山绿化造林的五阶段基本模式。三年后，4公顷的土地产出了400万元的直接经济效益。黑秃秃的煤矸石山变成了绿茵茵的花果山，“黑色巨兽”被驯服了。

　　但令人意外的是，十多年后，绿化成功的王庄矿煤矸石山，由于意外着火了，美丽的花果山毁于一旦。不仅如此，如果说煤矸石物理扬尘只是“皮肉之痛”，那么煤矸石山自燃释放二氧化硫、一氧化碳等有害气体对大气造成污染，更是“痛入骨髓”。心痛之余，胡振琪下决心要解决煤矸石山的复燃问题。

　　在这项研究中，“着火点”的判定显得尤为关键。灭火找不到着火点，就像打蛇打不到七寸，随时可能复燃，反咬一口。胡振琪团队独特的热红外与测绘技术相耦合的表层燃烧情况定位技术及基于表面温度反演深部着火点位置模型，实现了着火点的精准定位。这一独特的诊断技术申请了多项发明专利。

　　此外，胡振琪团队还提出了表面喷浆与深部注浆相结合的安全灭火方法、生物化学抑制氧化和物理覆盖碾压相结合的抑氧隔氧防火技术，以及植被恢复技术等，并与潞安矿业集团、阳泉煤业集团等形成了产学研用联盟，让数十座自燃的煤矸石山“偃旗息鼓”，“火龙”的咽喉被牢牢扼住了。治理后区域大气中的二氧化硫等有害气体浓度降低50%以上，达到国家有关空气质量标准二级。胡振琪投入十余年心血的这项科研成果最终荣获2019年国家科技进步二等奖。

　　脚踏实“地”

　　医大地之痛还绿水青山

　　2009年，胡振琪获得美国采矿与复垦学会（ASMR）土地复垦科技贡献奖，2018年领取了生态修复先锋奖，这两项奖项均为中国土地复垦学者在世界范围内所获的第一个大奖，也是ASMR第一次把奖项颁给亚洲科学家。

　　胡振琪把国家期许放到个人选择的第一位，把社会责任和生态使命作为自己的事业追求。他坚持走进矿区取土取水取沙，采集第一手材料，试验再试验。他说，自己必需要脚踏实“地”，把学问做在田野间，把论文写在大地上，才能医大地之痛，还绿水青山。

　　科研的道路绝非坦途。胡振琪决定选择黄河泥沙作为填充材料进行采煤塌陷区充填复垦，成功在即之时，却遭当头棒喝：“试验区的农作物产量只有正常农田的一半！”这一创造性的想法难道要就此宣布失败吗？“绝不放弃！”胡振琪说，“我们的工作是一个不断探索、不断创新的过程，往往这个过程是最磨练人的意志。”正是坚持不懈地一次次推敲、打磨和无数次试验下才有了首创的革新式技术和塌陷区蜕变的产粮田。

　　胡振琪培养博士后9名、博士108名、硕士128名，培育了一支具有国际影响力的创新团队。他还创立了中国煤炭学会土地复垦与生态修复专业委员会、主编中国科协立项的首部《煤矿区土地复垦与生态修复学科发展报告》，推进了相关政策和制度的完善，为我国矿山生态修复事业创建创新和国际化作出突出贡献。

　　胡振琪深切地热爱矿山生态修复事业，他参与治理的塌陷地，从废弃荒芜、杂草丛生，变成耕地肥沃、鱼虾满塘、鸭鹅满地，披上翠绿的新装。他说：“任何个人的名利终将会随时间流逝，真正留存天地之间的只有那肥沃的土地和锦绣的山河！”